JP2018207224A

JP2018207224A - 撮像装置

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Publication number: JP2018207224A
Application number: JP2017108238A
Authority: JP
Inventors: 高橋　秀和; Hidekazu Takahashi; 秀和高橋; 享裕黒田; Yukihiro Kuroda; 達人郷田; Tatsuto Goda; 章成高木; Akinari Takagi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2018-12-27
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Abstract

【課題】光電変換層を有し、高い測距精度を可能にする撮像装置を提供する。【解決手段】第１の電極と、第１の方向で対向して配されている第２の電極と、これら２つの電極の間に設けられた第３の電極を有する。これらの電極の上には、光電変換層が設けられており、位相差検出用の信号を第１の電極と第２の電極から読み出す。また、撮像用の信号を第３の電極から読み出す。【選択図】図２

Description

本発明は距離測定が可能な撮像装置に関する。

撮像装置として、光電変換層が基板の上に設けられた受光部を含む画素を備えた構成が知られている。特許文献１には、光電変換層として有機光電変換層を用いた撮像装置が記載されている。他方、撮影時のフォーカス調整を自動的に行うオートフォーカス（ＡＦ）機能を備える撮像装置が広く普及している。特許文献１にも、１つのマイクロレンズの下に、左右に分割した２つの画素電極を設け、位相差方式によって焦点検出を行うことが記載されている。この位相差方式は、レンズの瞳上の異なる領域（瞳領域）を通過した光束による位相差から、三角測距の原理でデフォーカス量や被写体までの距離を求めるものである。

特開２０１５−２０７５９４号公報

特許文献１に記載された構成では、高い測距精度を達成するための素子構成について十分な検討がなされていない。そこで、本発明では、特許文献１と比較して、高い測距精度を達成するための撮像装置を提供することを目的とする。

本発明に係る撮像装置は、基板の上に２次元状に配列された複数の画素を有する撮像装置であって、第１の画素群を構成する各画素の少なくとも１つの画素は、第１の電極と、前記第１の電極と第１の方向で対向して配されている第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた第３の電極と、前記第１の電極と、前記第２の電極と、前記第３の電極の上に設けられた光電変換層と、前記光電変換層の上に設けられた対向電極と、前記第１の電極と、前記第２の電極と、前記第３の電極とに対応して設けられた、１つのマイクロレンズと、を有し、位相差検出用の信号を前記第１の電極と前記第２の電極から読み出し、撮像用の信号を前記第３の電極から読み出す。

本発明によれば、特許文献１と比較して、高い測距精度を達成できる撮像装置を提供することができる。

実施形態１を説明する図である。実施形態１を説明する図である。実施形態１を説明する図である。実施形態１を説明する図である。実施形態１を説明する図である。実施形態１を説明する図である。実施形態１を説明する図である。実施形態１を説明する図である。実施形態２を説明する図である。実施形態２を説明する図である。実施形態２を説明する図である。実施形態３を説明する図である。実施形態４を説明する図である。実施形態４を説明する図である。その他の実施形態を説明する図である。比較例について説明する図である。

図１６（Ａ）は、特許文献１に記載された素子を示すものである。すなわち、光電変換部の下部に設けられている複数の電極を用いて位相差検出を行う素子である。ここで、符号７００は測距画素７００、符号７２０は撮像レンズの射出瞳、符号７３０は被写体を示したものである。

図中、ｘ方向を瞳分割方向とし、分割された射出瞳のそれぞれの領域を瞳領域７２１、７２２とする。瞳領域７２１を通過した光は、光電変換層のうち、電極７０１の上に位置する部分で電荷を発生させる。他方、瞳領域７２２を通過した光は、光電変換層のうち、電極７０２の上に位置する部分で電荷を発生させる。電極７０１（第１の電極）によって捕集される信号電荷と、電極７０２（第２の電極）によって捕集される信号電荷から２つの視差画像を取得し、三角測距の原理を用いて距離計測を可能としている。

通常、測距と撮像の両方が可能な画素は、電極７０１と７０２に対応する瞳領域７２１と７２２を合わせた領域が、瞳全面と等しくなるように構成されている。しかしながら、測距精度の点からは、視差を大きくすることが求められるため、各視差に対応する瞳領域の重心間距離を長くとることが必要となる。

図１６（Ｂ）は２つの分割電極のそれぞれを画素の端部に配置した例を示すものである。電極７０１（第１の電極）と、電極７０２（第２の電極）のそれぞれが画素の端部に配置されている。この結果、図１６（Ｂ）における瞳領域８２１と８２２との重心間距離は、図１６（Ａ）における瞳領域７２１と７２２との重心間距離よりも長くなっている。この結果、基線長を長くすることが可能となり、測距精度が向上する。

ところで、このように２つの電極を離して配置すると、２つの電極間は不感領域となり、入射した光によって発生した信号が取得できず、無駄になる。そこで、本発明では、位相差検出用の信号を取得する第１の電極と第２の電極との間に、第３の電極を設けて、第３の電極からは、撮像用の信号を取得する。第１の電極と第２の電極の間には第３の電極が配されていることから、第１の電極と第２の電極とが離れて配置されている結果、基線長を長くすることができる。また、第３の電極で取得した信号は、撮像用の信号として用いるため、信号を無駄にすることもない。以下、図面を参照しつつ、各実施形態について説明する。

（実施形態１）
（撮像装置の全体的構成）
図１は、本発明に係る撮像装置１００のブロック図である。画素領域１２１と、垂直走査回路１２２と、２つの読み出し回路１２３と、２つの水平走査回路１２４と、２つの出力アンプ１２５を備えている。画素領域１２１以外の領域は周辺回路領域である。画素領域１２１には、多数の画素が２次元状に配列されている。周辺回路領域には、読み出し回路１２３、例えば、列アンプ、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路、加算回路等が設けられ、垂直走査回路１２２によって選択された行の画素から垂直信号線を介して読み出された信号に対して増幅、加算等を行う。水平走査回路１２４は、読み出し回路１２３から画素信号に基づく信号を順番に読み出すための信号を生成する。出力アンプ１２５は、水平走査回路１２４によって選択された列の信号を増幅して出力する。以下では、信号電荷として電子を用いる構成を例示するが、信号電荷として正孔を用いることも可能である。

（各画素の素子構成）
図２（Ａ）は、画素８００の断面図であり、図２（Ｂ）は画素８００のある高さにおける平面図である。図２（Ａ）において、部材８１０は、半導体基板、配線層、読み出し回路等を模式的に示している。部材８１０の上には、下部電極となる電極８０１（第１の電極）と、電極８０２（第２の電極）と、電極８０３（第３の電極）が設けられている。

電極８０１から８０３の上には、光電変換層８２０と、上部電極となる対向電極８３０が設けられている。光電変換層８２０は、電極８０１から８０３と、対向電極８３０とに挟持されるように配されている。対向電極８３０の上には、カラーフィルタ８４０とマイクロレンズ８５０が設けられている。

部材８１０は、複数の絶縁膜と配線を含む配線層を有する。絶縁膜を構成する層は、例えば酸化シリコン、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、窒化シリコン、炭化シリコンである。また、配線は、銅、アルミニウム、タングステン、タンタル、チタン、ポリシリコンなどの導電材料が用いられる。

電極８０１から８０３は、薄膜電極であり、ＩＴＯやアルミニウムなどの透明または不透明の導電性部材から形成される。電極８０１から８０３は、光電変換層８２０の各領域で発生した電荷を分離して捕集するためのものである。

光電変換層８２０は、入射光の光量に応じた電荷を発生する有機化合物を含む。光電変換層８２０と、電極８０１および８０２との間、あるいは、光電変換層８２０と、対向電極８３０との間に、電極から光電変換層８２０に電荷が注入されるのを抑制する電荷ブロッキング層などの機能層を設けてもよい。

対向電極８３０は、電極８０１から８０３と対向する電極であり、光電変換層８２０を覆うように設けられている。対向電極８３０は、光電変換層８２０に電圧を印加し、光電変換層８２０に電界を生じさせるための電極である。対向電極８３０は光電変換層８２０よりも光の入射面側に設けられているため、対向電極８３０は入射光に対して透明なＩＴＯ等の導電性材料で構成される。

カラーフィルタ８４０は、Ｒ、Ｇ、Ｂ、あるいはＣ、Ｍ、Ｙの光を透過するフィルタである。カラーフィルタ８４０は、ＲＧＢあるいはＣＭＹの波長の光を透過する白色のフィルタやＩＲのフィルタであってもよい。特に、測距を行う場合には、色を識別する必要がないため、測距用の画素には白色のフィルタを用いれば、感度が向上する。カラーフィルタ８４０を複数種類用いて、カラーフィルタ間に段差ができる場合には、カラーフィルタ８４０の上に平坦化層を設けてもよい。

マイクロレンズ８５０は、樹脂などの材料を用いて形成される。例えば１つのマイクロレンズが設けられている領域が１画素であると画定することもできる。図２（Ｂ）には、符号２００として、マイクロレンズ８５０の外縁を示している。

図２（Ｂ）に示すように、平面視において、電極８０１は画素Ｐの一方の端部に配され、電極８０２は画素Ｐの他方の端部に配されている。ｘ方向（第１の方向）において、電極８０１と電極８０２は対向して配されており、ｘ方向が位相差検出方向となる。電極８０１と電極８０２から読み出された信号に基づいて、位相差検出を行い、距離情報の取得が行われる。また、電極８０１と電極８０２との間に電極８０３が設けられており、電極８０３から読み出された信号は、撮像用の信号として用いられる。電極８０１と電極８０２は、電極８０３の分だけ、離間されているため、基線長を長くすることができ、この結果測距精度を向上させることができる。

図２（Ｂ）に示すように、ｘ方向において、電極８０３の幅は、電極８０１および電極８０２の幅よりも大きい。電極８０３の幅を大きくすればするほど、電極８０１と電極８０２の間の距離が大きくなるため、より基線長を長くして、測距精度を向上させることができる。例えば、電極８０３の幅を、電極８０１および電極８０２の幅の２倍以上とする。

また、ｙ方向において、電極８０１から８０３の長さは、略同一である。ここで略同一とは、製造上の誤差程度に長さが異なることも含む概念である。電極８０３の長さを電極８０１および８０２の長さよりも小さくすると、発生した信号電荷の一部が収集できず、無駄になるからである。電極８０３から読み出した信号のみならず、電極８０１および電極８０２から読み出した信号も撮像用の信号として用いてもよい。これにより、より高感度な画像を形成することが可能になる。

図２（Ｃ）と（Ｄ）に、電極８０４（第４の電極）が更に設けられた形態を示している。ｘ方向において、電極８０３と８０４の幅は、電極８０１と８０２の幅と、略同一である。各電極の幅の長さを略同一にすることにより、製造上のばらつきを抑制できるという効果がある。電極８０１と８０２からの信号は、位相差検出用の信号として用いられる。また、電極８０３と８０４からの信号は、撮像用の信号として用いられる。電極８０３と８０４からの信号だけでなく、電極８０１と８０２からの信号も撮像用の信号として用いてもよい。電極８０３の幅と８０４の幅を合計した値は、電極８０１の幅および電極８０２の幅よりも大きい。これにより、電極８０１と電極８０２との基線長を大きくすることができる。

なお、図２（Ｂ）では、電極８０３の幅は、電極８０１と電極８０２の幅よりも大きい例のみを図示したが、電極８０３の幅は、電極８０１と電極８０２の幅よりも小さくてもよい。この場合においても、ある程度の基線長を確保しつつ、感度を向上した撮像装置を提供することができる。

（複数の画素の二次元配列例）
図３は、複数の画素の配置例を示したものである。図３（Ａ）は、図２（Ａ）と（Ｂ）に示した画素が２行２列で配された例である。図３（Ｂ）は、図２（Ｃ）と（Ｄ）に示した画素が２行２列で配された例である。各位置に配されている画素は、Ｐ（ｘ，ｙ）で示している。ｘは行の番号、ｙは列の番号を示している。図３において、異なる行に配置されている各画素が有する電極８０１から８０３の重心位置のそれぞれは、ｘ方向（第１の方向）において同じ位置である。例えば、図３（Ａ）において、ｘ方向におけるＰ（１，１）の電極８０３の重心位置と、Ｐ（２，１）の電極８０３の重心位置は同じ位置である。

（画素回路）
図４は、各電極に対応して設けられた画素回路の等価回路図であり、例として電極８０２と接続されている画素回路の等価回路図を示している。電極８０２は、第１のフローティングディフュージョン（ＦＤ）４２０を介して、第１の増幅トランジスタ４３０のゲートに接続されている。ＦＤ４２０には、リセットトランジスタ４１０を介して、リセット電位ＶＲＥＳが書き込めるように構成されている。第１の増幅トランジスタ４３０のソースは、トランジスタ４４０を介して、グランド電位に接続されている。また、第１の増幅トランジスタ４３０のドレインは、基準電位ＳＶＤＤに接続されている。第１の増幅トランジスタ４３０のソースは、トランジスタ４５０と、第２のＦＤ４６０を介して、第２の増幅トランジスタ４７０のゲートに接続されている。第２の増幅トランジスタ４７０のドレインは、基準電位ＳＶＤＤに接続されている。第２の増幅トランジスタ４７０のソースは選択トランジスタ４８０を介して、出力線４９２に接続されている。第２のＦＤ４６０には保持容量Ｃが接続されている。

図５を用いて、図４の画素回路の駆動について説明する。時刻ｔ０は、電荷蓄積が開始されている任意の時刻である。時刻ｔ１において、ＰＳＥＬとＰＢＩＡＳをＬｏｗレベル（Ｌレベル）からＨｉｇｈ（Ｈレベル）に変化させ、選択トランジスタ４８０とトランジスタ４４０をオンにする。これにより、第２のＦＤ４６０に対応した電位であるノイズレベルの電位（Ｎ信号）が、第２の増幅トランジスタ４７０と選択トランジスタ４８０を介して、出力線４９２に出力される。トランジスタ４４０は、電流源として動作させるため、所望の電流値となるように、ＰＢＩＡＳのＨレベルを設定する。

次に、時刻ｔ２において、ＰＳＨをＬレベルからＨレベルに変化させ、トランジスタ４５０をオンにし、時刻ｔ３において、ＰＳＨをＨレベルからＬレベルに変化させ、トランジスタ４５０をオフにする。これらの駆動により、第１のＦＤ４２０で蓄積された電荷に対応した信号レベルの電位が第２のＦＤ４６０に転送され、第２のＦＤ４６０に対応した電位である信号レベルの電位（Ｓ信号）が、出力線４９２に出力される。

次に、時刻ｔ４において、ＰＲＥＳをＬレベルからＨレベルに変化させ、リセットトランジスタ４１０をオンにする。これにより、第１のＦＤ４２０に、リセット電位ＶＲＥＳが書き込まれる。

次に、時刻ｔ５において、ＰＲＥＳをＨレベルからＬレベルに変化させ、リセットトランジスタをオフにし、ＰＳＨをＬレベルからＨレベルに変化させ、トランジスタ４５０をオンにする。これにより、第１のＦＤ４２０に対応した電位であるノイズレベルの電位が、第２のＦＤ４６０に転送される。このノイズレベルの電位は保持容量Ｃに保持される。

最後に、時刻ｔ６において、ＰＲＥＳ、ＰＢＩＡＳ、ＰＳＨのそれぞれをＨレベルからＬレベルに変化させ、リセットトランジスタ４１０、トランジスタ４４０、トランジスタ４５０をオフにする。これにより、電荷蓄積が再開される。電荷蓄積の間は、容量Ｃにノイズレベルの電位が保持されている。

なお、図４では、２段の増幅トランジスタを有する画素回路を示したが、必ずしも２段の増幅トランジスタを備える必要はなく、１つの増幅トランジスタを備える画素回路を用いてもよい。

（読み出し回路）
図６に、図１に示した読み出し回路１２３の構成例を示す。図１と同じ符号は同じ部材である。図６において、読み出し回路１２３は、電極８０１〜８０３に対応した出力線４９１〜４９３と、定電流回路１１３と、出力線４９１〜４９３に対応した増幅回路２１１〜２１３と、信号蓄積部１１６と、水平転送回路１１８を有する。また図６には、水平走査回路１２４と、出力アンプ１２５も記載されている。出力線４９１〜４９３には、増幅トランジスタの負荷手段としての定電流回路１１３と、増幅回路２１１〜２１３が接続され、増幅回路２１１〜２１３の出力ノードには、信号蓄積部１１６が接続されている。

増幅回路２１１〜２１３は画素回路からのＳ信号、Ｎ信号を増幅させて、信号蓄積部１１６に出力する。信号蓄積部１１６は増幅回路２１１〜２１３で増幅されたＳ信号、Ｎ信号をそれぞれ格納する。水平走査回路１２４によって信号蓄積部１１６に格納されたＳ信号、Ｎ信号を列毎に順に水平転送回路１１８へ出力し、出力アンプ１２５から信号処理回路（不図示）へ送信する。信号処理回路ではＳ信号とＮ信号の差分信号を生成する。

ここで、図２（Ｂ）に示した電極配置において、電極８０３の面積は、電極８０１の面積および電極８０２の面積よりも大きい。１つのマイクロレンズに光が入射した場合、電極の面積に応じて収集できる電荷の量も変化する。すなわち、電極８０１や８０２で収集できる電荷量は、電極８０３で収集できる電荷量よりも少ない。この場合、電極８０３で収集される電荷量に合わせて、増幅回路２１１〜２１３の増幅率を設定すると、増幅回路２１１や２１２については飽和量に至らない範囲で動作することになる。そこで、増幅回路２１１と２１２の増幅率を、増幅回路２１３の増幅率よりも大きくすることにより、信号を増幅させ、回路の動作範囲を有効に利用できる。これにより、電極８０１と８０２で取得される信号について、よりノイズを低減できるというメリットがある。

（変形例）
図７（Ａ）は、図３（Ａ）の配置例の変形例である。図７（Ａ）において、複数の画素のｘ方向のピッチに相当する各画素Ｐのｘ方向の幅をＬとすると、１行目の画素Ｐ（例：Ｐ（１，１））と、２行目の画素Ｐ（例：Ｐ（２，１））はｘ方向にＬ／２だけシフトして配置されている。換言すると、ｘ方向に関して、１行目の各電極の重心と、２行目の各電極の重心は、Ｌ／２だけシフトしているともいえる。同様に、図７（Ｂ）に、図３（Ｂ）に示した配置について、ｘ方向にＬ／２だけシフトして配置されている例を示す。シフトする量は必ずしも、Ｌ／２である必要はない。例えば、図７（Ｃ）に示すように、ｘ方向にＬ／４シフトする形態でもよいし、図７（Ｄ）に示すように、ｘ方向にＬ／３シフトする形態でもよい。図７（Ｃ）に示す場合には、ｘ方向について、１行目の画素の各電極と４行目の画素の各電極の重心が一致することになる。同様に、図７（Ｄ）に示す場合には、ｘ方向について、１行目の画素の各電極と３行目の画素の各電極の重心が一致することになる。

図８（Ａ）に、図７（Ａ）の配置の変形例を示す。図８（Ａ）において、第１の画素Ｐ（１，１）の電極配置を９０度回転させたのが、第２の画素Ｐ（１，２）の電極配置となっている。すなわち、第１の画素Ｐ（１，１）の電極８０１〜８０３は、第１の方向（ｙ方向）に延在し、第２の画素Ｐ（１，２）の電極８０１〜８０３は、第２の方向（ｘ方向）に延在している。この構成によれば、画素Ｐ（１，１）からはｘ方向の位相差情報、画素Ｐ（１，２）からはｙ方向の位相差情報を取得することができ、複数方向の位相差情報を取得できるというメリットがある。同様に、図８（Ｂ）は、図７（Ｂ）の配置の変形例であり、図８（Ｂ）の構成によっても、異なる方向の位相差情報が取得することが可能である。

図８では、隣り合って配されている画素において、９０度回転した電極の配置を示したが、これ以外の角度で回転した電極を配してもよい。必ずしも隣り合っている必要はなく、画素領域のほぼ全域に画素Ｐ（１，１）の電極配置を適用し、残りの領域に対して離散的に画素Ｐ（１，２）の電極配置を適用してもよい。また、Ｎ行目に配されている複数の画素に画素Ｐ（１，１）の電極配置を適用し、Ｎ＋１行目に配されている複数の画素に画素Ｐ（１，２）の電極配置を適用する構成も可能である。

上記説明した実施形態によれば、位相差検出用の信号を取得する電極間の距離を離すことにより、基線長を長くできるため、測距精度を向上させることができる。また、位相差検出信号を取得する電極間に、撮像用の信号を取得する電極が設けられていることから、信号電荷を無駄にすることなく、感度を向上させることもできる。

（実施形態２）
図９から図１１を用いて、本実施形態を説明する。

図９に、本実施形態に係る画素配列とカラーフィルタ配列を示す。便宜上、図９では、Ｎ行目からＮ＋３行目の画素行（第１の画素行から第４の画素行）を示しているが、実際の画素領域にはより多くの画素を設けることも可能である。

図９（Ａ）において、Ｎ行目とＮ＋２行目に配されている複数の画素は、実施形態１で説明した画素である。すなわち、電極８０１と８０２からは位相差検出用の信号を読み出し、少なくとも電極８０３からは撮像用の信号を読み出す画素である。つまり、Ｎ行目とＮ＋２行目に配されている複数の画素は、測距と撮像を行う画素群（第１の画素群）である。他方、Ｎ＋１行目とＮ＋３行目は、電極８０５〜８０７から撮像用の信号を読み出す画素が配されている。すなわち、Ｎ＋１行目とＮ＋３行目に配されている複数の画素は、撮像のみを行う画素群（第２の画素群）である。各行の画素は、半ピッチ分ずれて配されている。

図９（Ｂ）は、カラーフィルタ配列を示す図であり、Ｎ行目とＮ＋２行目には、白色光を透過するホワイトフィルタを有する画素（Ｗ画素）のみが配されている。また、Ｎ＋１行目とＮ＋３行目には、Ｗ画素とＲＧＢフィルタを有する画素（カラー画素）が配されている。具体的には、Ｎ＋１行目には、緑色フィルタを有する画素（Ｇ画素）と青色フィルタを有する画素（Ｂ画素）が配されている。また、Ｎ＋３行目には、赤色フィルタを有する画素（Ｒ画素）とＷ画素が配されている。各カラー画素は、行方向と斜め方向の全てにおいてＷ画素と隣り合うように配されている。Ｗ画素のカラーフィルタの透過波長帯域としては、赤外波長範囲を含むように構成してもよい。

ホワイトフィルタ（第１のカラーフィルタ）の光透過率は、ＲＧＢフィルタ（第２のカラーフィルタ）の光透過率よりも高い。そのため、測距を行う行をＷ画素のみで構成することにより、位相差検出用の信号を取得する画素について感度を向上させることができ、高精度の測距を行うことが可能となる。なお、光透過率とは、典型的には、フィルタに入射した白色光の光強度とフィルタを透過した光の光強度とから求められる。

図９（Ａ）に示すように、測距と撮像を行う画素群の電極パターンと、撮像のみを行う画素群の電極パターンは、略同一のパターンとなっている。そのため、製造上のぱらつきを抑制できる信頼度の高い撮像装置を提供することができる。また、図９（Ａ）は、図２（Ｂ）で示した画素構造に基づいて記載されているが、図２（Ｄ）に示した画素構造を適用して画素配列を行ってもよい。

図１０は、撮像のみを行う画素に関する画素回路の等価回路図を示したものである。図４に示すように、測距を行う画素の回路においては、１つの電極からの出力ノードは１つの増幅トランジスタのゲートに入力されるように構成されており、１つの電極は１つの増幅トランジスタに対応していた。他方、図１０に示すように、撮像のみを行う画素は、３つの電極からの出力ノードは１つの増幅トランジスタのゲートに入力されており、複数の電極が１つの増幅トランジスタに対応するように構成されている。これにより、回路規模を低減することができる。もっとも、撮像のみを行う画素であっても、図４に示すように、１つの電極が１つの増幅トランジスタに対応するような画素回路を適用することも可能である。

図１１は、図９に示した複数の画素を用いて画像形成を行う際のフロー図を示したものである。まず、Ｗ画素とＲＧＢ画素から信号を取得する（Ｓ６００）。

次に、Ｗ画素から取得された信号を用いて、輝度情報を取得する（Ｓ６１０）。ここで、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の位置における輝度情報は、これらの画素の周りに配置されている複数のＷ画素の信号から補間処理を行うことによって取得する。換言すると、第１のカラーフィルタを有する画素（Ｗ画素）から取得した信号から、第２のカラーフィルタを有する画素（ＲＧＢ画素）の輝度情報を取得する。

次に、ＲＧＢ画素から取得された信号を用いて、色情報を取得する（Ｓ６２０）。各画素には、特定の波長帯域の光のみを透過するカラーフィルタが配置されているため、例えば、Ｂ画素の位置における赤色信号成分はＲ画素から取得して補間処理を行う。また、Ｗ画素の位置における赤色信号成分、緑色信号成分、青色信号成分は、ＲＧＢ画素のそれぞれから取得して補間処理を行う。換言すると、第２のカラーフィルタを有する画素（ＲＧＢ画素）から取得した信号から、第１のカラーフィルタを有する画素（Ｗ画素）の色情報を取得する。

最後に、上記で取得した輝度情報と色情報を合成して、所望の画像を取得する。なお、上記の処理は、撮像装置で取得した信号を撮像装置の外部に設けられた信号処理装置で行われる。

上記の構成によれば、各ＲＧＢ画素の周りをＷ画素が囲っていることから、多くの画素で輝度情報を取得できるため、高感度の画像を形成することが可能となる。

なお、上記では、Ｎ＋１行目とＮ＋３行目は、撮像のみを行う画素群としていたが、電極８０５と８０６から読み出された信号を、位相差検出用の信号として用いてもよい。すなわち、ＲＧＢ画素が配された行に設けられた複数の画素を、撮像と位相差検出を行う画素群（第２の画素群）としてもよい。これにより、全ての行で位相差検出用の信号を取得することができるため、位相差検出の分解能を向上させることができる。ＲＧＢ画素とＷ画素は、カラーフィルタの光透過率が異なる。そのため、Ｎ＋１行目とＮ＋３行目に配されているＲＧＢ画素を位相差検出用の信号として用いる場合には、別途信号処理が必要になる。これに対して、Ｎ＋１行目とＮ＋３行目に配されているＷ画素の電極８０５と８０６から読み出された信号を位相差検出用の信号として用いる場合には、このような信号処理は不要となる。すなわち、Ｎ行目からＮ＋３行目までのＷ画素から読み出された信号を位相差用の信号として用いて、Ｎ＋１行目とＮ＋３行目に配されたＲＧＢ画素から読み出された信号は位相差用の信号として用いないことも取りうる形態の一つである。

また、上記では、電極８０７（第５の電極）、電極８０５（第６の電極）、電極８０６（第７の電極）の全てから撮像用の信号を読み出していたが、電極８０７（第５の電極）のみから撮像用の信号を読み出すことも可能である。

（実施形態３）
図１２に、本実施形態に係る画素配列とカラーフィルタ配列を示す。実施形態２では、１行毎に画素がシフトして配置されていたが、本実施形態は、２行毎に画素をシフトして配置している点が異なる。

図１２（Ａ）と（Ｂ）において、Ｎ行目とＮ＋１行目の画素はずらさずに配されているが、Ｎ＋１行目とＮ＋２行目の画素は、半ピッチ分ずれて配されている例が示されている。すなわち、測距と撮像を行う画素行（Ｗ画素のみが配されている画素行）と、撮像のみを行う画素行（ＲＧＢ画素とＷ画素が配されている画素行）とで１つのペアを構成し、複数のペアが相互に半ピッチ分ずれて配されている。また、各カラー画素は、行方向、列方向、斜め方向の全てにおいてＷ画素と隣り合うように配されている。

Ｎ行目のＷ画素と、Ｎ＋２行目のＷ画素に着目すると、これらのＷ画素は半ピッチ分だけずらして配されているため、画素をずらして配置しない場合に対して、行方向のサンプリング周期を２倍にすることができる。すなわち、画素サイズを大きく維持したまま、位相差検出の分解能を２倍に向上することが可能である。

また、実施形態３で説明した輝度情報と色情報から画像を取得方法も本実施形態に適用することが可能である。

（実施形態４）
図１３と図１４を用いて、本実施形態を説明する。実施形態３では、ＲＧＢ画素が設けられた画素行については、各画素に複数の電極が設けられていたが、本実施形態では、１つだけ電極が設けられている点が異なる。

図１３（Ａ）において、Ｎ行目とＮ＋２行目に配されている測距と撮像を行う画素群（第１の画素群）は、図１２（Ａ）に示した画素と同じ電極構造を有する。他方、Ｎ＋１行目とＮ＋３行目に配されている撮像のみを行う画素群（第２の画素群）は、図１２（Ａ）が複数の電極を有するのに対して、図１３（Ａ）においては、電極８０８（第５の電極）のみを有している点が異なる。また、第１の方向（ｘ方向）に関して、電極８０８の長さは、電極８０３の長さよりも大きい。図１２（Ａ）では、電極８０５〜８０７のそれぞれが離間して配置されているため、各電極の端部で電界集中が生じ、暗電流が発生する可能性がある。これに対して、図１３（Ａ）に示した本実施形態の構成によれば、電極の端部の数を低減させることができるため、低ノイズ化を図ることが可能である。

図１４は、本実施形態に係る撮像のみを行う画素群の画素回路を示したものである。図１４に示すように、画素には１つの電極しかないため、図４に示すように、各電極に対して、画素回路を設ける例と比較して、回路規模を低減することができる。

（その他の実施形態）
＜車載撮像システムの実施形態＞
図１５（Ａ）は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム１０００は、上述した各実施例の撮像装置を撮像装置１０１０として備える撮像システムである。撮像システム１０００は、撮像装置１０１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部１０３０と、撮像システム１０００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の取得を行う視差取得部１０４０を有する。この視差の取得は、上記した撮像装置の分割した電極から読み出された信号を用いて行われる。

撮像システム１０００は、取得された視差情報に基づいて対象物までの距離情報を取得する距離取得部１０５０と、取得された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部１０６０と、を有する。ここで、視差取得部１０４０や距離取得部１０５０は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部１０６０はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。また、距離情報取得手段は、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）などによって実現されてもよい。また、距離情報取得手段は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣの組合せによって実現されてもよい。

撮像システム１０００は車両情報取得装置１３１０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム１０００は、衝突判定部１０６０での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ１４１０と接続されている。また、撮像システム１０００は、衝突判定部１０６０での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置１４２０とも接続されている。例えば、衝突判定部１０６０の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ１４１０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置１４２０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。

本実施形態では車両の周囲、例えば前方または後方を撮像システム１０００で撮像する。

図１５（Ｂ）に、車両前方を撮像する場合の撮像システムを示した。また、上記では、他の車両と衝突しない制御を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

なお、上記実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。また、これまで述べた各実施例を種々組み合わせて実施することができる。

８００測距画素
８０１第１の電極
８０２第２の電極
８０３第３の電極
９００撮像画素

Claims

基板の上に２次元状に配列された複数の画素を有する撮像装置であって、
第１の画素群を構成する各画素の少なくとも１つの画素は、
第１の電極と、
前記第１の電極と第１の方向で対向して配されている第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた第３の電極と、
前記第１の電極と、前記第２の電極と、前記第３の電極の上に設けられた光電変換層と、
前記光電変換層の上に設けられた対向電極と、
前記第１の電極と、前記第２の電極と、前記第３の電極とに対応して設けられた、１つのマイクロレンズと、を有し、
位相差検出用の信号を前記第１の電極と前記第２の電極から読み出し、
撮像用の信号を前記第３の電極から読み出すことを特徴とする撮像装置。
前記第３の電極と前記第２の電極との間に、第４の電極を有し、前記撮像用の信号を前記第３の電極および前記第４の電極から読み出すことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１の方向とは異なる第２の方向において、前記第１の電極の長さと、前記第２の電極の長さと、前記第３の電極の長さが略同一であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
前記第１の方向において、前記第３の電極の長さは、前記第１の電極の長さ、および、前記第２の電極の長さよりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第１の電極からの信号を出力する第１の出力線と、
前記第２の電極からの信号を出力する第２の出力線と、
前記第３の電極からの信号を出力する第３の出力線と、を有し、
前記第１の出力線または前記第２の出力線に対応して設けられた列アンプの増幅率は、前記第３の出力線に対応して設けられた列アンプの増幅率よりも大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第１の画素群とは異なる第２の画素群を有し、
前記第２の画素群を構成する各画素の少なくとも１つの画素は、
第５の電極と、
前記第５の電極の上に設けられた前記光電変換層と、
前記光電変換層の上に設けられた前記対向電極と、を有し、
前記撮像用の信号を前記第５の電極から読み出すことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第１の画素群を構成する各画素は、第１のカラーフィルタを有し、
前記第２の画素群を構成する各画素の少なくとも１つの画素は、第２のカラーフィルタを有し、
前記第１のカラーフィルタの光透過率は、前記第２のカラーフィルタの光透過率よりも高いことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
前記第２の画素群を構成する各画素の少なくとも１つの画素は、前記第１のカラーフィルタを有することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
前記第１の方向において、前記第５の電極の長さは、前記第３の電極の長さよりも大きいことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第２の画素群を構成する少なくとも１つの画素は、
第６の電極と、
前記第６の電極と前記第１の方向で対向して配されている第７の電極と、を有し、
前記第５の電極は、前記第６の電極と前記第７の電極との間に設けられてており、前記撮像用の信号を前記第６の電極および前記第７の電極から読み出すことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第６の電極と前記第７の電極から、前記位相差検出用の信号を読み出すことを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
前記第１の画素群を構成する各画素と、前記第２の画素群を構成する各画素は、半ピッチずれて配されていることを特徴とする請求項６から１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第１の画素群は、第１の画素行と第３の画素行とを有し、
前記第２の画素群は、第２の画素行と第４の画素行とを有し、
前記第１の画素行、前記第２の画素行、前記第３の画素行、前記第４の画素行のそれぞれは、この順で配置されており、
前記第１の画素行と前記第２の画素行を構成する各画素と、前記第３の画素行と前記第４の画素行を構成する各画素は、半ピッチずれて配されていることを特徴とする請求項６から１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
請求項７または８に記載の撮像装置から出力される信号を処理する信号処理装置であって、
前記第１のカラーフィルタを有する画素から取得した信号から、前記第２のカラーフィルタを有する画素の輝度情報を取得する処理と、
前記第２のカラーフィルタを有する画素から取得した信号から、前記第１のカラーフィルタを有する画素の色情報を取得する処理と、を行うことを特徴とする信号処理装置。
請求項１から１３のいずれか１項に記載の撮像装置から出力される信号を処理する信号処理装置であって、
前記位相差検出用の信号から距離情報を取得することを特徴とする信号処理装置。
移動体であって、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置からの信号に基づく視差情報から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、を有することを特徴とする移動体。